[发明专利]一种具有内禀铁磁性ZnO基稀磁半导体薄膜及其制备方法

权利要求书

1.一种具有内禀铁磁性ZnO基稀磁半导体薄膜，其化学成份符合化学通式Zn_1-x-yEr_xAl_yO，其中0＜x≤0.03，0＜y≤0.02。

2.如权利要求1所述的具有内禀铁磁性ZnO基稀磁半导体薄膜，其特征在于，所述薄膜具有室温的铁磁性和反常霍尔效应，所述薄膜表面平整，其表面平均粗糙度为3.6±0.2nm，所述薄膜的电阻率＜1×10^-3Ω·cm，电子浓度＞1×10²⁰cm^-3。

3.如权利要求1或2所述的具有内禀铁磁性ZnO基稀磁半导体薄膜的制备方法，以稀土金属离子Er和Al施主掺杂的方式，以陶瓷靶材为基础，采用电感耦合等离子体增强物理气相沉积技术，制得具有内禀铁磁性的ZnO基稀磁半导体薄膜，具体包括如下步骤：

(1)采用等静压固相反应合成工艺制备Zn_1-x-yEr_xAl_yO陶瓷靶材；

(2)将清洁干燥的衬底放入ICP-PVD系统反应室中，反应室真空抽至≤5×10^-5Pa，加热衬底温度至300～500℃，再将反应室真空抽至≤5×10^-5Pa；

(3)以高纯Ar作为载气和等离子源，以Zn_1-x-yEr_xAl_yO陶瓷靶作为溅射靶材，反应室压强为1～5Pa，射频溅射功率为100～200瓦，磁束缚线圈电流为0.4～0.50A，衬底和靶材之间加负偏压250～300V，进行薄膜沉积得到Er和Al双掺杂的具有内禀铁磁性ZnO基稀磁半导体薄膜。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述等静压固相反应合成工艺制备Zn_1-x-yEr_xAl_yO陶瓷靶材，包括如下步骤：按照Zn_1-x-yEr_xAl_yO中Zn、Er和Al的化学计量比称取ZnO、Er₂O₃和Al₂O₃原料，经充份混合后先预压成型，再采用等静压成型，最后以固相反应法烧制得到所述Zn_1-x-yEr_xAl_yO陶瓷靶材。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述ZnO、Er₂O₃和Al₂O₃原料均为高纯原料，纯度均≥99.99％；所述固相反应法的烧制温度1000～1200℃，保温时间至少24小时。

6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述衬底材料为Si、SiC、蓝宝石或石英玻璃。

7.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的Ar的纯度≥99.999％。

8.如权利要求1或2所述的具有内禀铁磁性ZnO基稀磁半导体薄膜在自旋电子器件中的应用。